DE3235275A1

DE3235275A1 - Liquid-crystal cell with plastic backing plates

Info

Publication number: DE3235275A1
Application number: DE19823235275
Authority: DE
Inventors: Hans Dipl.-Phys. 8000 München Krüger; Wolfgang Dr.-Ing. 8011 Baldham Welsch
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1982-09-23
Filing date: 1982-09-23
Publication date: 1984-03-29

Abstract

The construction of the proposed plastic display is as follows: proceeding from the inside surfaces of each of the two backing films (1, 2) there are layers (6, 8) which are in contact over a large area. Inside the cell chamber, each layer covers the electrode-free regions of the film supporting them. One of the two layers (mask layer 6) (which is dark in colour) also overlaps the electrodes (4) of the associated film (1) in such a way that the position and shape of the switchable liquid-crystal regions are thereby defined. In a preferred embodiment, the mask layer (6) is supported by the front film (1) and is roughly aligned with the other layer (support layer 8). It is advisable to manufacture both layers (6, 8) and the frame (3) from the same material, expediently a curable synthetic resin adhesive capable of being screen printed and to colour the mask layer (6) with graphite. A cell of this type has several advantages: the effort expanded on aligning and spacing is small, the liquid-crystal substance remains protected from atmospheric moisture, the dark image background is produced without additional measures and the mask can be conductive. <IMAGE>

Description

Flüssigkristallzelle mit Kunststoff-Trägerplatten.Liquid crystal cell with plastic carrier plates.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Flüssigkristallanzeige gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ein solches Display wird beispielsweise in der offengelegten Euro-Anmeldung 25 457 beschrieben.The invention relates to a liquid crystal display according to The preamble of claim 1. Such a display is disclosed, for example, in US Pat Euro registration 25 457 described.

Bei den bisher auf den Markt gebrachten Flüssigkristallzellen bestehen die Elektrodensubstrate durchwegs aus mehrere Zehntelmillimeter dicken, oberflächenvergüteten Glasplatten. Wurde man statt dessen flexible Kunststoff-Folien verwenden, so könnte man die Fertigung wesentlich rationeller organisieren und Displays der verschiedensten Formate kostengünstig herstellen. Es hat deshalb nicht an Versuchen gefehlt, ein Kunststoffmaterial zu finden, das in seinen optischen, mechanischen und chemischen Eigenschaften mit Glas konkurrieren kann und überdies einfache Techniken für das Aufbringen der Leitschichten, für die Flüssigkristallorientierung und für die Randversiegelung gestattet. Wenn man bislang noch keine marktfähigen Eunststoff-Zellen hat entwickeln können, so hat dies unter anderem zwei Gründe: alle untersuchten Kunststoffe haben einen hohen thermischen Ausdehnungskoeffizientenx und sind gegenüber niedermolekularen Substanzen wie Wasser nicht sonderlich dicht. Der große SC -Wert macht es schwierig, die Elektroden einer Zelle in die richtige Lage zueinander zu bringen, weil die Folien bekanntlich unter erhöhten Temperaturen miteinander verfestigt werden müssen. Und das eindiffundierende Wasser greift den Flüssigkristall an, mit der Folge, daß sich die optischen Qualitäten des Displays mit der Zeit verschlechtern.In the liquid crystal cells brought on the market so far, exist the electrode substrates consist of several tenths of a millimeter thick, surface-coated Glass plates. If you were to use flexible plastic foils instead, you could to organize the production much more rationally and displays of the most diverse Produce formats inexpensively. There has therefore been no lack of attempts to find a Plastic material can be found in its optical, mechanical and chemical Properties can compete with glass and, moreover, simple techniques for the Application of the conductive layers for the liquid crystal orientation and for the edge sealing allowed. If you have not yet developed any marketable plastic cells there are two reasons for this: all of the plastics examined have have a high coefficient of thermal expansionx and are compared to low molecular weight Substances like water are not particularly dense. The large SC value makes it difficult to bring the electrodes of a cell into the correct position to one another, because the It is known that foils have to be solidified with one another at elevated temperatures. And the diffusing water attacks the liquid crystal, with the result that the optical quality of the display deteriorates over time.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Flüssigkristallanzeige auf Kunststoffbasis konstruktiv so auszubilden, daß die geschilderten Justier- und Lebensdauerprobleme beseitigt sind, und zwar auch dann, wenn man die bereits bekannten Kunststoffe einsetzt. Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß ein Display mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 vorgeschlagen.The invention is based on the object of a liquid crystal display to train on a plastic basis so that the described adjustment and Lifetime problems have been eliminated, even if one has already known Uses plastics. According to the invention, a display is used to achieve this object proposed with the features of claim 1.

Bei der vorgeschlagenen Zelle erfüllen die von beiden Platten ausgehenden, sich berührenden Schichten mehrere Funktionen: Sie legen Form und Lage jedes Anzeigeelements fest; insofern kommt es weniger darauf an-, die Folien exakt zu positionieren und/oder die Elektroden in bestimmter Weise zu strukturieren. Außerdem tragen sie dazu bei, daß die Flüssigkristallsubstanz vor Atmosphärilien geschützt ist; denn sie befindet sich in Räumen, die von wirksamen Diffusionssperren - entweder einer üblichen Leitschicht oder der vorgeschlagenen Doppelschicht - allseitig umschlossen werden. Darüber hinaus ermöglicht die Doppelschicht eine relativ einfache und dabei recht genaue Foliendistanzierung; beide Schichten können nämlich Wegen ihrer geringen Dicke - die Werte liegen gewöhnlich unter 7fm - ohne weiteres in wohldefinierter Höhe hergestellt werden und werden anschließend nicht mehr verformt. Davon abgesehen liefert die Maskenschicht zugleich auch noch den dunklen Bildhintergrund.In the case of the proposed cell, the values emanating from both plates Touching layers have several functions: They determine the shape and position of each display element fixed; in this respect it is less important to position the foils exactly and / or to structure the electrodes in a certain way. They also help that the liquid crystal substance is protected from atmospheric substances; because it is located in spaces that have effective diffusion barriers - either a conventional conductive layer or the proposed double layer - be enclosed on all sides. Furthermore the double layer enables a relatively simple and at the same time very precise film spacing; Both layers can because of their small thickness - the values are usually in the range under 7fm - can and will easily be manufactured at a well-defined height subsequently no longer deformed. That being said, the mask layer delivers at the same time also the dark background.

Die erfindungsgemäß vorgesehenen Zusatzschichten lassen sich mit herkömmlichen Verfahren aufbringen, beispielsweise mit einer Siebdrucktechnlk, einer Tauchtechnik oder durch Glimmpdymeristion. Von besonderem Vorteil ist dabei, daß man zum Färben der Maskenschicht auch auf Substanzen wie Graphit zurückgreifen kann, die an sich gut einschwärzen, aber wegen ihrer elektrischen Leitfähigkeit nur in Ausnahmefällen in Frage kamen; in diesem Fall muß lediglich die Stützschicht aus einem elektrisch isolierenden Material bestehen.The additional layers provided according to the invention can be combined with conventional ones Apply process, for example with a screen printing technique, a dipping technique or by glow meristion. It is of particular advantage that one can dye it the mask layer can also rely on substances such as graphite, which in itself blacken well, but only in exceptional cases because of their electrical conductivity were eligible; in this case only the support layer has to be an electrical one insulating material.

Die Maßnahme, sämtliche Anzeigenelemente durch Öffnungen in einer schwarzen Blende vorzugeben, ist an sich bekannt (vgl. hierzu beispielsweise die deutsche Gebrauchsmusterschrift G 7922167). Es ist auch schon nicht mehr neu, die Zellenkammer bis auf die Anzeigenelemente vollständig durch eine Masse auszufüllen (DE-PS 21 60 469 oder US-PS 4235526). Überdies gehört zum Stand der Technik auch schon eine Displayausführung, deren Trägerplatten dadurch in einem bestimmten Abstand voneinander gehalten werden, daß die eine Platte außerhalb der schaltbaren Flüssigkristallbereiche beschichtet ist und auf dieser Schicht von der anderen Platte ausgehende Stützen ruhen (DE-PS 2805970). Die zitierten Literaturstellen behandeln allerdings keine Zellen mit Kunststoffträgern, so daß sich die vorliegenden Probleme dort überhaupt nicht stellen; sie könnten im übrigen mit den dort diskutierten Mitteln auch nicht bewältigt werden.The measure, all display elements through openings in one Specifying the black aperture is known per se (see, for example, the German utility model G 7922167). It's no longer new, either Cell chamber to be completely filled with a compound except for the display elements (DE-PS 21 60 469 or US-PS 4235526). It also belongs to the state of the art already a display version, whose carrier plates are thus at a certain distance are held from each other that the one plate outside of the switchable liquid crystal areas is coated and on this layer from the other plate outgoing supports rest (DE-PS 2805970). However, the cited references do not deal with any Cells with plastic carriers, so that the problems at hand are there at all do not pose; Incidentally, neither could they with the means discussed there be mastered.

Weitere vorteilhaft Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind GegenStand zusätzlicher Ansprüche.Further advantageous refinements and developments of the invention are the subject of additional claims.

Der Lösungsvorschlag soll nun anhand zweier bevorzugter Ausführungsbeispiele in Verbindung mit der beigefügten Zeichnung näher erläutert werden. In den Figuren sind einander entsprechende Teile mit gleichem Bezugszeichen versehen. Es zeigen: Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel, in einem leicht schematisierten Seitenschnitt, und Fig. 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel in der gleichen Darstellungsweise.The proposed solution will now be based on two preferred exemplary embodiments will be explained in more detail in conjunction with the accompanying drawing. In the figures Corresponding parts are provided with the same reference numerals. Show it: 1 shows a first exemplary embodiment, in a slightly schematized side section, and FIG. 2 shows a further exemplary embodiment in the same manner of representation.

Die Flüssigkristallanzeige der Fig. 1 enthält im einzelnen zwei Folien (Vorderfolie 1, Rückfolie 2), die durch einen Rahmen 3 dicht miteinander verbunden sind. Die Vorderfolie trägt auf ihrer vom Rahmen umschlossenen Innenfläche jeweils mehrere getrennt ansteuerbare Elektroden (Vorderelektroden 4) sowie eine schwarze Masken- schicht 6. Diese Schicht bedeckt, wie der Figur zu entnehmen ist, die gesamte von den Vorderelektroden nicht eingenommene Fläche und darüber hinaus auch noch die Elektrodenränder. Die Folie 2 ist auf ihrer Innenfläche mit einer durchgehenden Rückelektrode 7 und einer Stützschicht 8 versehen. Auch die Stützschicht deckt alle elektrodenfreien Teile der sie tragenden Folie ab und überlappt die Rückelektrode, und zwar so, daß sie mit der Maskenschicht, an der sie anschlägt, deckungsgleich ist. Die von den beiden Schichten 6 und 8 freigelassenen Hohlräume sind jeweils mit einem Flussigkristallgemisch9 gefüllt. Diese Mischung enthält einen pleochroitischen Farbstoff und wird zwischen einem lichtsperrenden Zustand mit fokal-konischer Molekülorientierung und einem transparenten Zustand mit homöotrop-nematischer Textur geschaltet.The liquid crystal display of Fig. 1 specifically includes two sheets (Front sheet 1, back sheet 2), which are tightly connected to one another by a frame 3 are. The front film carries on its inner surface enclosed by the frame several separately controllable electrodes (front electrodes 4) and a black one Mask layer 6. This layer covers, as can be seen in the figure is the total area not occupied by the front electrodes and above also the edges of the electrodes. The film 2 is on its inner surface with a continuous back electrode 7 and a support layer 8. Also the Support layer covers and overlaps all electrode-free parts of the foil carrying them the back electrode, in such a way that it connects to the mask layer against which it strikes, is congruent. The cavities left free by the two layers 6 and 8 are each filled with a liquid crystal mixture9. This mix contains one pleochroic dye and is between a light-blocking state with focal-conical Molecular orientation and a transparent state with a homeotropic-nematic texture switched.

Die Zelle läßt sich folgendermaßen in einer Großnutzentechnik herstellen: Zunächst versieht man zwei durchsichtige Bahnen, die höchstens 0,1mm dick sind und zweckmäßigerweise aus einem Polyester, Polycarbonat oder Polyuretan bestehen, mit transparenten Leitschichten. Diese Schichten, üblicherweise dotierte Legierungen auf Indium/Zinnoxid-Basis, werden dabei in einer Durchrolltechnik aufgetragen, bei der die Kunststoffbahn ihre Schicht innerhalb eines ortsfesten Fensters erhält, unter dem sie mit konstanter Geschwindigkeit vorbeigeführt wird. Dann arbeitet man aus den Leitschichten eine Vielzahl von Vorderfolien- bzw.The cell can be manufactured using a large-scale technology as follows: First of all, two transparent strips that are no more than 0.1 mm thick are provided expediently consist of a polyester, polycarbonate or polyurethane, with transparent conductive layers. These layers, usually doped alloys based on indium / tin oxide, are applied in a roll-through technique which the plastic sheet receives its layer within a fixed window, under which it is passed at constant speed. Then you work from the conductive layers a large number of front film or

Rückfolien-Elektrodenmuster heraus, appliziert die übrigen Schichten und bedruckt die eine Bahn auch noch mit den Rahmen. Die Orientierungsschichten, die etwa aus einem Polyimid bestehen könnten, werden am besten durch Tauchen, Roller-Coating oder durch eine Glimmpolymerisation erzeugt und anschließend gerieben. Für die Maskenschicht, die Stützschicht und den Rahmen eignen sich vor allem Kunstharzkleber, die sich einwandfrei siebdrukken lassen und bei mäßigen Temperaturen aushärten. Der Einfachheit halber nimmt man dabei für alle drei Teile die gleiche Klebermischung, die gegebenenfalls noch mit Graphit versetzt wird; ein geeignetes Phenolharzgemisch wird in der älteren Patentanmeldung P 3215827.0 beschrieben. Die beschichteten und bedruckten Bahnen werden anschließend zusammengeführt und dann - nachdem man den Flüssigkristall in die sich bildenden Hohlräume injiziert hat - miteinander fixiert. Dabeiarbeitet man, je nach Beschaffenheit des Rahmenklebers, mit Druck, Wärme oder (W-)Bestrahlung. Aus der so erhaltenen Einheit werden schließlich die einzelnen Zellen abgetrennt.Backsheet electrode pattern, apply the remaining layers and also prints one of the tracks with the frame. The orientation layers, which could consist of a polyimide, for example, are best made by dipping, roller coating or produced by glow polymerization and then rubbed. For the mask layer, the support layer and the frame are suitable especially synthetic resin glue, which can be screen printed properly and harden at moderate temperatures. For the sake of simplicity, the same adhesive mixture is used for all three parts, which is optionally mixed with graphite; a suitable phenolic resin mixture is described in the earlier patent application P 3215827.0. The coated and printed webs are then merged and then - after one has Injected liquid crystal into the cavities that formed - fixed to each other. Depending on the nature of the frame adhesive, you work with pressure, heat or (W) irradiation. The unity obtained in this way ultimately becomes the individual Cells separated.

Da die Zellwände aus einem Kunststoff bestehen, bieten sie eiiiDihkeiti, ein sogenanntes Hybrid-Display zu schaffen, das heißt, auf einer der beiden Folien auch noch die Ansteuereinheit unterzubringen. Zwei Varianten sind besonders elegant: Bei der einen baut man die Ansteuerschaltung auf einer separaten Kunststoffunterlage, etwa einer Kaptonfolle, auf, bedruckt die Zellenanschlüsse mit einem Leitkleber und verbindet dann das Schaltungssubstrat mit dem Anschlußträger, gegebenenfalls unter Druck, Wärme oder (UV-) Licht. Die Kontaktierung wird dabei besonders zuverlässig, wenn man einen lötfähigen Leitkleber verwendet und die beiden miteinander zu verbindenden Folin tauchverzinnt und anschließend verlötet, beispielsweise in einem Bügellötverfahren oder durch punktuelles Erhitzen mit einem abtastenden Laserstrahl.Since the cell walls are made of a plastic, they offer eiiiDihkeiti, to create a so-called hybrid display, that is, on one of the two foils also to accommodate the control unit. Two variants are particularly elegant: With one, the control circuit is built on a separate plastic base, a Kapton tape, for example, prints the cell connections with a conductive adhesive and then connects the circuit substrate to the terminal carrier, if necessary under pressure, heat or (UV) light. The contact is particularly reliable, if you use a solderable conductive adhesive and connect the two together Folin is dip-tinned and then soldered, for example in a soldering process or by selective heating with a scanning laser beam.

Bei der zweiten Variante realisiert man die Schaltkreise unmittelbar auf einer der beiden Zellenfolien, und zwar nach Art einer sogenannten SICUFOL#-Schaltung, die beispielsweise in "bauteile-report" 16 (t978) 91 näher beschrieben wird. Hierbei überzieht man die Folie mit einem ITO-/NiCr-/Cu-Schichtensystem und legt dann durch selektives Ätzen ein bestimmtes Muster aus Elektroden (ITO), Widerständen (ITO oder ITO-NiCr) und lötfähigen Stellen (ITO-NiCr-Cu) frei. Bei Bedarf könnte man dabei auch mehrere dieser Metallschichtensysteme übereinandersetzen; benachbarte Systeme sollten dann jeweils durch eine photostrukturierbare Schicht voneinander isoliert sein, in der Durchkontaktierungen einbelichtet sind.In the second variant, the circuits are implemented directly on one of the two cell foils, in the manner of a so-called SICUFOL # circuit, which is described in more detail, for example, in "components report" 16 (t978) 91. Here cover the film with a ITO / NiCr / Cu layer system and then lays a certain pattern of electrodes (ITO) by selective etching, Resistances (ITO or ITO-NiCr) and solderable areas (ITO-NiCr-Cu) free. at If necessary, several of these metal layer systems could be stacked on top of one another; Adjacent systems should then each have a photo-structurable layer be isolated from each other, in the vias are exposed.

Beide Alternativen haben ihre spezifischen Vorteile.Both alternatives have their specific advantages.

Bei getrennter Herstellung kann man beide Teile einzeln prüfen, ehe man sie zusammensetzt. Ist die Schaltung in die Zelle integriert, so braucht man nicht eigens zu kontaktieren und erhält zudem eine sehr kompakte Bauform.If manufactured separately, both parts can be tested individually before you put them together. If the circuit is integrated into the cell, one needs not to be specifically contacted and also has a very compact design.

Das Ausführungsbeispiel der Figur 2 ist gegenüber dem Beispiel der Figur 1 in folgenden Punkten modifiziert: Die Stützschicht 8 fluchtet nicht mehr mit der Maskenschicht 6; sie bildet zugleich auch den Rahmen und hat ansonsten die Form von miteinander.verbundenen Trennwänden. Die Trennwände schaffen zwischen den beiden Folien 1, 2 relativ großvolumige Hohlräume, die jeweils mit einer eigenen Füllöffnung 11 versehen sind. Diese Öffnungen befinden sich in der Rückfolie; und zwar jeweils an einer von der Maskenschicht 6 verdeckten Stelle. So hat man die Möglichkeit, für verschiedene Anzeigeelemente bzw. Elementegruppen unterschiedliche Flüssigkristallmischungen zu nehmen und aüf diese Weise zu mehrfarbigen Darstellungen zu kommen.The embodiment of Figure 2 is compared to the example of Figure 1 modified in the following points: The support layer 8 is no longer aligned with the mask layer 6; it also forms the framework and otherwise has the Form of interconnected partition walls. The partition walls create between the two foils 1, 2 relatively large-volume cavities, each with its own Filling opening 11 are provided. These openings are in the back sheet; and although in each case at a point covered by the mask layer 6. That's how you have it Possibility of different display elements or element groups To take liquid crystal mixtures and in this way to produce multicolored representations get.

Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die detailliert geschilderten Ausführungsformen. So kann der Fachmann einzelne Merkmale durchaus noch abwandeln, sofern die Gesamtwirkung, das heißt, die wesentlichen Funktionen der Doppelschicht, erhalten bleiben. Dementsprechend werden beispielsweise folgende Modifikationen noch vom Lö sungsvo rschlag erfaßt: Die Trägerfolien sind zwar bei Raumtemperaturen relativ formstabil, lassen sich aber bei erhöhten Temperaturen um etwa 1000C biegen. Die Maskenschicht und die Stützschicht haben verschiedene Dicken; die Differenz kann dabei bis zu 50%, bezogen auf den größeren Wert, betragen. Beide Schichten sind miteinander verfestigt oder/und enthalten zusätzliche Distanzierelemente. Eine oder auch beide Schichten überdecken die leitschichtfreie Fläche zwar zu einem wesentlichen Teil, aber nicht ganz vollständig.The invention is not limited to those described in detail Embodiments. So the expert can still modify individual features, provided that the overall effect, i.e. the essential functions of the double layer, remain. Accordingly, the following modifications, for example, are made still from Proposal for a solution recorded: The carrier foils are indeed Relatively dimensionally stable at room temperatures, but can be used at elevated temperatures bend about 1000C. The mask layer and the backing layer are different Thicknesses; the difference can be up to 50%, based on the larger value. Both layers are solidified with one another and / or contain additional spacer elements. One or both layers cover the surface free of the conductive layer to one essential part, but not entirely.

9 Patentansprüche 2 Figuren Leerseite9 claims 2 figures Blank page

Claims

Claims 1. Liquid crystal cell for displaying bright Images on a dark background, with 1) two mutually parallel, from a flexible one Plastic existing foils (front foil 1 back foil), the 2) on their each other facing surfaces (inner surfaces) several separately controllable thin-film electrodes (Front electrodes, back electrodes), 3) by a frame in a predetermined Spaced tightly together and 4) a liquid crystal layer between include that are switched between optically different states in some areas it can be shown that 5) both foils (1, 2) have layers (6, 8) of about the same thickness on their inner surfaces, which touch each other over a large area, 6) both layers (6, 8) outside the switchable Liquid crystal areas ("display elements") are located within the from Frame (3) enclosed area at least the electrode-free areas of it cover each supporting film (1, 2) and 7) the layer of one film (mask layer ~ E ') is colored dark and defines the boundaries of the individual display elements.

2. Cell according to claim 1, characterized in that at least the mask layer (6) overlaps the electrodes (4) of the film (1) carrying them on all sides.

3. Cell according to claims 1 or 2, d a d u r c h g e k e n n shows that both layers (6, 8) are congruent.

4. Cell according to one of claims 1 to 3, dad u r c h g e k e n n shows that the glass layer (6) is supported by the front sheet (1).

5. Cell according to claim 4, d a by g ek en n z ei chn e t that the Layer of the other film (support layer 8) a number of interconnected Contains partition walls and that the cell cavities separated from one another by the partition walls each with one covered by the mask layer (6) and located in the rear film (2) Filling opening (11) are provided.

6. Cell according to one of claims 1 to 5, d a d urch g e k e n n z e i c h n e t that the layer of the other film (support layer 8) consists of an electrically insulating material.

7. Cell according to one of claims 1 to 6, d a by g e k e n n z e i c h n e t that both layers (6, 8) consist of hardened plastic adhesives.

8. The cell of claim 7, d a by gekennzeichn e t that the mask layer (S) from the same, mixed with a black dye, especially graphite Glue like the backing layer (8) is made.

9. Cell according to claims 7 or 8, d a du r c h gek e n n z e i c h ne t that the frame (3) is part of one of the two layers (6, 8) is.